咸潮入侵对长江上海段过境水资源利用的影响探讨

卜东平

摘 要：长江是上海重要的饮用水水源地，沿江兩岸已建有4 座水库。长江流域水资源丰富，但入海水量年际变化大，年内分配不均，易受长江口咸潮入侵影响，上海的长江原水供应仍存在安全威胁。基于长江大通水文站长系列流量数据（1950—2022 年），采用P-III 型曲线进行水文频率计算，分析不同保证率下的大通站来水量，结合徐六泾水文站潮流量数据（2005—2022 年），进行长江上海段的过境水量分析，掌握了丰水年、平水年和枯水年以及枯水期长江上海段的水量情况。分析结果显示：在枯水期或“汛期反枯”的情况下，长江口咸潮入侵成为制约长江上海段水资源利用的最主要因素，并据此提出相应的水资源联合调度等对策建议。

关键词：水资源；长江原水；咸潮入侵；供水安全；水量分析； 长江上海段

中图分类号：TV213.9 文献标志码：A 文章编号：2095-1329（2023）03-0061-07

长江是中国第一大河，流域水资源丰富，入海水量年际变化大，年内分配不均。上海地处长江入海口，长江上海段过境水量巨大，为上海市的居民生活用水、城市公共用水和工农业用水提供了大量淡水资源。目前，上海在沿长江两岸建设有宝钢水库、陈行水库、青草沙水库、东风西沙水库共4 座水库（除宝钢水库外，其余3 处为饮用水水源地），长江水源在上海市原水供应中起着重要作用，长江已成为上海市的主要饮用水水源地。

通常某地区的水资源量包含地表水资源量（天然河川径流量）和地下水资源量。根据《2021 年上海市水资源公报》，2021 年上海市深层地下水开采量为 97.41 万m3，全市连续 11 年保持人工回灌水量大于开采量。由此可见，上海市开采利用的地下水资源量微乎其微。因此，本文分析的长江上海段过境水资源量仅指长江的地表径流量，不考虑长江河道的地下水资源量，并用该地表水资源量来进一步分析上海市长江过境的水资源可利用情况。

目前上海供水格局为黄浦江、长江并举，黄浦江上游水源地及长江口青草沙、陈行、东风西沙水库水源地“两江四库”之势[1-2]。2021 年时长江水源地的原水供应约占上海市原水供应总量的75%，其中青草沙水库的供水量约占长江口原水供应量的72%。

虽然长江上海段过境入海水量很大，水质良好，但在枯水期或“汛期反枯”的情况下，由于受到长江口咸潮入侵的影响[3-4]，上海的长江原水供应仍存在安全威胁。当发生长江口咸潮入侵时，上溯的咸水会造成长江口水源地取水口含氯度超标，对长江口水源地造成很大影响。开展长江上海段过境水量及制定咸潮影响下的应对措施是必要的。

顾圣华[5] 在2001 年对上海市过境水量及其变化特征进行了分析，认为长江入海水量年内分配不均，导致枯季易遭受长江口咸潮入侵，而枯水年的枯水季节更为严重，并定量给出了长江干流多年平均过境水量及不同频率下的过境水量。罗艺[6] 等采用极值分布的方法分析了陈行水库和青草沙水库受长江口咸潮影响时的水资源短缺风险，认为陈行水库每年缺水事件的最大概率高于80%，青草沙水库仅为3%。目前，受以三峡水库为代表的水工程运行调度的影响，长江流域来水出现了新的变化，延长流量数据系列重新进行水量分析具有重要意义，也可为上海市的长江淡水资源利用提供基础数据支撑。

本文基于长江大通站长系列流量数据（1950—2022年），采用P-III 型曲线进行水文频率计算，分析了不同频率的长江大通站来水量，结合徐六泾站潮流量数据（2005—2022 年）进行长江上海段的过境水量分析，据此掌握丰水年、平水年和枯水年以及枯水期长江上海段的水量情况。针对在枯水期或“汛期反枯”的情况下，长江口咸潮入侵会对上海市长江水源地的原水供应安全造成威胁，为保障上海市原水供应安全，根据历年应对长江口咸潮入侵的经验，提出初步可行的应对措施建议。

1 资料及方法

大通水文站是长江干流最后一个径流控制站（见图1），距长江口约624 km，集水面积170.5 万 km2。大通水文站以下集水面积仅占大通以上集水面积的5%。本次水量分析计算采用大通水文站1950 ～ 2022 年共73 年连续系列流量资料。

徐六泾水文站位于长江下游干流河口段，是控制长江口河段径流、潮流水情的国家基本水文站（见图1）。该站自2005 年起开展逐时潮流量资料整编，本次水量分析计算采用2005—2022 年共18 年连续系列潮流量资料。

长江上海段过境水量可用徐六泾水文站断面的水量作为代表。徐六泾水文站距上游大通水文站约500km，因徐六泾水文站实测资料是从2005 年开始的，相对大通站来讲系列不够长，而大通水文站不受潮流影响，资料系列长，代表性好。因此，本文采用大通水文站的实测径流量作为长江上海段过境水量计算的主要依据。

研究方法：采用2005—2022 年大通站和徐六泾站同期的流量资料，分别计算出大通站和大通至徐六泾站区间逐年和逐月的径流量，得到区间径流量占大通站的比值，用此比值放大大通站不同频率下的径流量成果得到徐六泾站不同频率下的径流量成果。

2 大通站水量及其频率分析

2.1 大通站水沙变化分析

根据大通水文站资料统计：大通站多年平均流量为28400 m3/s，多年平均径流量为8974 亿m3，年径流量最大值为13590 亿m3（1954 年），最小值为6666 亿m3（2011年），最大值是最小值的2.04 倍，径流量年际变化相对较小。从20 世纪50 年代以来，大通站年径流量在多年平均径流量上下波动，变化相对比较平稳（见图2）。

大通站年内最大流量一般出现在7、8 月份，最小流量一般在1、2 月份。径流年内分配不均匀（见图3），5～10 月为汛期，11 月～ 次年4 月为枯水期。大通站多年平均最大流量出现在7 月份，约为50000 m3；多年平均最小流量出现在1 月份，约为11800 m3。多年平均月最大流量是最小流量的4.24 倍，径流年内波动明显高于年际变化。汛期5～10 月的径流量占全年的70.15%。

大通站年平均输沙量3.42 亿t。近年來，随着长江上游水土保持工程及水库工程的建设，以及沿程挖沙造成长江流域来沙越来越少[7]。输沙量以葛洲坝工程和三峡工程的蓄水为节点，呈现明显的三阶段变化特点，输沙量呈现逐渐减小的趋势。1951—1985 年平均年输沙量为4.70 亿t，1986—2002 年平均年输沙量为3.40 亿t，2003—2022 年平均年输沙量为1.29 亿t。汛期（5～10 月）输沙量占全年的比例达到86.8%，年内分配集中特征较径流量更显著。

流域来沙量的急剧减少，对长江口滩涂演变及资源利用的影响有待进一步研究。

2.2 枯水期和2022 年“汛期反枯”现象的分析

长江流域枯水期（11 月～ 次年4 月）平均流量约为17100 m3，而12 月～ 次年2 月，各月平均流量均低于15000 m3/s。受长江流域降水偏少及大范围持续的高温影响，2022 年6 月下旬开始，大通站来水量逐步减少，7 月中旬开始快速下降，并于8 月中旬降至20000 m3/s 以下，长江流域来水丰枯急转，呈现出“汛期反枯”现象。

2022 年入汛至9 月上旬，长江流域发生严重枯水，8 月时，长江中下游干流来水的重现期大于100 年一遇[8]。2022年大通站流量年内变化见图3。

大通站2022 年9 月平均流量不足12000 m3/s，仅相当于多年平均1 月时的量值，较多年平均减少近7 成，长江流域提前3 个月进入枯水期。2022 年的月平均最小流量出现在11 月份，为9700 m3/s。2022 年9 月～11 月大通站来水的重现期均超100 年一遇。持续超过3 个月的低径流量，导致9 月份长江口即出现咸潮入侵，且强度大，持续时间长，历史罕见，严重威胁到了上海市长江水源地的原水供应安全。

2.3 水文频率分析

通过对1950—2022 年大通站系列流量资料进行频率分析计算，将大通站73 年资料按递减的次序进行排列，第m 项的经验累积频率采用下式计算：

式中：Pm 为第m 项的经验累积频率（%）；n 为资料年数。采用P- Ⅲ型曲线进行适线[9]，确定适线参数均值、Cv、Cs。大通站年平均流量频率曲线见图4。根据2017年水利部水利水电规划设计总院《全国水资源调查评价技术细则》规定及工程水文计算所采用的典型年划分方法，经适线分析：丰水年（P ＝ 10%）、偏丰年（P ＝25%）、平水年（P ＝ 50%）、偏枯年（P ＝ 75%）及枯水年（P ＝ 90%）各频率下大通站的年平均流量分别为33600 m3/s、30800 m3/s、28000 m3/s、25500 m3/s 和23600m3/s；丰水年（P ＝ 10%）、偏丰年（P ＝ 25%）、平水年（P ＝ 50%）、偏枯年（P ＝ 75%） 及枯水年（P ＝90%）各频率下大通站的年径流量分别为10640 亿m3、9746 亿m3、8857 亿m3、8075 亿m3 和7458 亿m3（表1）。

3 长江上海段过境水量分析

3.1 大通站与徐六泾站的区间来水量

根据2005—2022 年大通水文站与徐六泾水文站同期流量资料，计算了两站之间的区间水量及区间来水量年际变化率（见图5）以及区间水量年内逐月变化率（见图6）。2005 年以来大通站与徐六泾站的区间水量占大通站来水量的-2.36% ～ 7.70%，多年平均约占3.20%，区间水量多年平均值约为281 亿m3。

大通站与徐六泾站之间的区间来水主要是通江河流的入江水量，各年的区间来水量不一样，其中，2015 年和2017 年区间水量比较大，分别为676 亿m3 和722 亿m3，分别占当年大通站来水的7.40% 和7.70%；2019 和2022 年区间水量为负值，表明区间内来水较枯，且取用水量较大。

大通站以下，两岸各地在长江干流沿江修建了大量的水闸，阻断了各支流的天然通江状态，由图6 中区间水量的年内逐月变化来看，5 月和6 月甚至出现了负流量，即沿江通江河流出现引水大于排水现象。

3.2 长江上海段过境水量计算

相对于长江干流的流域来水量而言，大通站与徐六泾站之间的区间来水量占比很小，平均占大通站来水量的3.2%，即上海长江入境水量的96.8% 来自大通站以上的流域来水。由1950—2022 年大通站长系列流量资料及其区间水量计算出长江上海段过境水量多年平均约为9270亿m3。

根据大通站不同频率的径流量成果进行放大3.2%，作为每年长江上海段入境水量，所得水量具体为：丰水年（P ＝ 10%）、偏丰年（P ＝ 25%）、平水年（P ＝50%）、偏枯年（P ＝ 75%）及枯水年（P ＝ 90%）各频率下年平均流量分别为34700 m3/s、31800 m3/s、28900m3/s、26300 m3/s 和24400 m3/s； 丰水年（P ＝ 10%）、偏丰年（P ＝ 25%）、平水年（P ＝ 50%）、偏枯年（P＝ 75%）及枯水年（P ＝ 90%）各频率下年径流量分别为11000 亿m3、10060 亿m3、9140 亿m3、8330 亿m3 和7700 亿m3（表2）。

3.3 枯水期和2022 年“汛期反枯”水量分析

（1）枯水期水量分析

根据大通水文站资料，大通站多年平均逐月流量最小值出现在1 月份，为11800 m3/s；次低值出现在2 月份，为12600 m3/s。采用P- Ⅲ型适线法，水文频率计算得到大通站1 月各频率下的平均流量及径流量（见表3）。从区间来水量年内分配看（见图6），1 月份徐六泾站流量比大通站高出约3.5%，得到徐六泾站多年平均1 月流量约为12300 m3/s，对大通站不同频率的流量成果进行同比例放大，可得到长江上海段1 月份过境水量的不同频率的月平均流量值（见表3）；2 月份徐六泾站流量比大通站高出约4.87%，得到徐六泾站多年平均2 月流量约为13200 m3/s，对大通站不同频率的流量成果进行同比例放大，可得到长江上海段2 月份过境水量（见表3）。以1月份为例，丰水年（P ＝ 10%）、偏丰年（P ＝ 25%）、平水年（P ＝ 50%）、偏枯年（P ＝ 75%）及枯水年（P＝ 90%）各频率下长江上海段1 月份过境水量的年平均流量分别为17000 m3/s、14000 m3/s、11400 m3/s、9650m3/s 和8600 m3/s。

（2）2022 年“汛期反枯”水量分析

2022 年8 月～11 月份，徐六泾站来水量比大通站低4.20%～7.14%（见表4），对应的区间水量减小值在500～1100 m3/s 之间。表明在发生流域性干旱的情况下，大通站与徐六泾站之间区间引水量较高，导致入海水量进一步降低。2022 年9 月，长江入海平均流量仅为11400 m3/s，在历史同期实属罕见。监测资料显示，2022 年9 月初，青草沙水库开始受到长江口咸潮影响，纠其原因，较低的长江径流量为主要影响因素，没有足够的长江淡水冲淡咸水，加剧了长江口咸潮入侵的影响程度。

4 结果与分析

通过对大通站多年平均流量和径流量及枯水期（1 月～2 月）多年平均流量进行频率分析，得到了不同频率下的平均流量，并对比分析2005—2022 年间徐六泾站与大通站流量过程，得到区间径流量占大通站的比值，用此比值放大大通站不同频率下的（径）流量成果得到徐六泾站不同频率下的（径）流量成果，并以此水量作为长江上海段过境水资源量。此水量为总的入海地表径流量，为维护长江口生态环境平衡，需要保持足够的生态流量；另外，枯水期长江口易发生咸潮入侵，当发生咸潮入侵时，需要保证足够大的径流量才可以达到压制咸潮的目的。

因此，长江上海段过境水量中真正可利用水量须要扣除生态用水及压制咸潮的用水。

4.1 长江上海段过境可利用水资源量估算

长江上海段过境水量多年平均约为9270 亿m3，总量巨大，长期监测数据显示，在长江入海流量在15000 m3/s以上（对应水量为4730 亿m3）时，北港青草沙水库取水口附近水域基本不受咸潮入侵影响。扣除生态用水及压制咸潮所需要的水量，长江上海段过境可利用水资源量多年平均约为4540 亿m3。

当遭遇枯水年，长江流域来水量较低，在枯水年（P＝ 90%）长江上海段的过境水量分别为：年平均流量为24400 m3/s，年径流量为7700 亿m3，扣除生态用水及压制咸潮所需要的水量，长江上海段过境可利用水资源量约为2970 亿m3。

4.2 枯水期和2022 年“汛期反枯”时可利用水资源量

在枯水期，長江过境入海流量往往较低，该情况下，影响上海段可利用水量的主要因素为长江口咸潮入侵。一般情况下，在11 月至次年4 月份的冬春枯水季节，长江口易发生咸潮入侵，但持续时间存在不确定性。当咸潮持续时间短，未超过水库的应急供水天数时，可充分发挥水库的“蓄淡避咸”功能，保证原水供应。当咸潮持续时间超过水库的应急供水天数时，则需要加强沿长江三处水库间的联网调度，并从黄浦江上游水源地或通过内部骨干河网取水来满足原水的供应。

以2022 年“汛期反枯”为例，9～12 月份，长江入海平均流量不足11000 m3/s，远低于压制咸潮所需的入海流量，此期间，上海沿长江口的3 处水源地均多次遭受咸潮入侵，并持续较长时间。在该情况下，各水源地仅能在咸潮间隙，抢抓取水窗口，及时补库。2022 年的年径流量为7712 亿m3，扣除生态用水及压制咸潮所需要的水量，长江上海段过境可利用水量约为2982 亿m3，相当于枯水年（P ＝ 90%）的情形。

根据表3 数据可知，2022 年9～12 月份，由于频繁遭受长江口咸潮入侵的影响，以青草沙水库为代表的上海沿长江水源地可取水的保证率不足50%，甚至更低。

4.3 受咸潮影响时保障原水供应的措施

长江上海段丰富的流域来水，水质良好，在满足长江口良好生态环境需要的同时，为长江口沿江地区工农业发展提供了大量的淡水资源，长江水源已成为长江口沿江城市的主要饮用水水源地，具有十分重要的地位，但长江水资源的利用同时也存在一些不可忽视的制约因素，比如枯水期长江口咸潮入侵等。

当前制约长江口水资源利用的最主要因素为枯水期或“汛期反枯”情况下长江口咸潮入侵，当发生咸潮入侵时，水源地遭受高浓度咸水的包围，连续多日无法取水，会对沿江的水源地供水安全造成极大威胁。据有关监测数据，2022 年9 月后发生的长江口咸潮，沿长江的三处水源地的连续不可取水天数均超过27 天，发生于9 月下旬至10 月中旬[10]。

目前，长江是上海市饮用水的主要水源地，上海在沿长江建设的青草沙水库、陈行水库、东风西沙水库3 处水源地，保障着上海主城区及浦东新区的供水，日供水总量占全市70% 以上，这三座水库均为“蓄淡避咸”水库。为保障上海市原水供应安全，建议采取如下措施：

（1）实时关注长江上游大通站、徐六泾站来水量，掌握流域来水变化趋势，长江入海流量较枯时，在发生咸潮入侵之前，三座水库可提前蓄水，以备应急供水之用。

（2）当咸潮持续时长超过水库的应急供水天数时，需要加强青草沙水库、陈行水库、东风西沙水库以及黄浦江上游水源间的联网调度[11-13]，择机启用黄浦江上游应急水源地及启用内部骨干河网取水，并提高黄浦江上游水源地及内河供水比例。

（3）长江口受咸潮入侵影响期间，应根据各盐度监测站的实测数据，关注咸潮发展趋势，充分利用咸潮间隙，抢抓取水窗口，及时为水库补充淡水。

5 结论与建议

基于长江大通站长系列流量数据（1950—2022 年），结合徐六泾站潮流量数据（2005—2022 年），分析了不同保证率下长江上海段的过境水量，主要结论与建议如下：

（1）大通水文站多年平均径流量为8974 亿m3，多年平均输沙量3.42 亿t，年输沙量呈现逐渐减小的趋势，三峡水库运行后（2003—2022 年）多年平均年输沙量为1.29亿t。流域来沙量的急剧减少，对长江口滩涂演变及资源利用的影响有待进一步研究。

（2）长江上海段过境水量可用徐六泾水文站断面的水量作为代表，长江上海段过境水量年际变化大，年内分配不均匀，过境水量多年平均约为9270 亿m3，若扣除长江口生态用水及压制咸潮所需要的水量，长江上海段过境可利用水资源量多年平均约为4540 亿m3。

（3）在枯水年（P ＝ 90%），长江流域来水量较低，长江上海段的过境水量约为7700 亿m3，扣除长江口生态用水及压制咸潮所需要的水量，长江上海段过境可利用水资源量约为2970 亿m3。

（4）长江上海段过境水量多年平均月最小流量出现在1 月份，约为12300 m3/s。2022 年8 月份开始，长江流域呈现出“汛期反枯”现象。2022 年9 月，长江入海平均流量仅为11400 m3/s，在历史同期实属罕见。2022 年8 月～11 月份，徐六泾站来水量比大通站低4.20%～7.14%，在发生流域性干旱的情况下，大通站与徐六泾站之间区间引水量较高，导致入海水量进一步降低，加剧了长江口咸潮入侵的影响程度。

（5）在枯水期或“汛期反枯”的情况下，长江口咸潮入侵成为制约长江上海段水资源利用的最主要因素。为保障上海市原水供应安全，建议采取如下措施：及时掌握长江流域来水变化趋势，在发生长江口咸潮入侵之前，上海沿长江的水库可提前蓄水；当咸潮持续时长超过水库的应急供水天数时，需要加强青草沙水库、陈行水库、东风西沙水库以及黄浦江上游水源间的联网调度，择机启用黄浦江上游应急水源地及启用内部骨干河网取水，并提高黄浦江上游水源地及内河供水比例；受长江口咸潮入侵影响期间，应关注咸潮发展趋势，充分利用咸潮间隙，抢抓取水窗口，及时为水库补水。

参考文献（References）

[1] 俞红俭. 特大型城市供水水源安全保障体系构建——以上海为例[J]. 净水技术，2018，37（S2）：17-20.

YU H J. Construction of safety guarantee system for water supplysources in megacities： A case of Shanghai[J]. Water PurificationTechnology， 2018，37（S2）：17-20.

[2] 陈祖军， 李珺， 谭显英. 上海城市水资源发展战略研究[J]. 中国给水排水，2018，34（2）：24-30.

CHEN Z J， LI J， TAN X Y. Study on development strategy ofurban water resources in Shanghai[J]. China Water & Wastewater，2018，34（2）：24-30.

[3] 傅庆玲. 上海城市供水安全策略研究[J]. 资源节约与环保，2015（6）：138 -140.

FU Q L. Study on security strategy of urban water supplyin Shanghai[J]. Resources Economization & EnvironmentalProtection， 2015（6）：138-140.

[4] 毛兴华. 2014 年长江口咸潮入侵分析及对策[J]. 水文，2016，36（2）：73-77.

MAO X H. Analysis of saltwater intrusion in Yangtze River Estuaryin 2014[J]. Hydrology， 2016，36（2）：73-77.

[5] 顾圣华. 上海市水资源特征[J]. 水文，2002，22（5）：40-43.

GU S H. Characteristics of water resources in Shanghai[J].Hydrology， 2002，22（5）：40-43.

[6] 罗艺， 谭丽蓉， 王军. 咸潮作用下上海水资源风险极值统计分析[J]. 资源科学，2010，32（6）：1184-1187.

LUO Y， TAN L R， WANG J. Analysis of water deficit risk inShanghai caused by salt intrusion by extreme value statistics[J].Resources Science， 2010，32（6）：1184-1187.

[7] 戴仕宝， 杨世伦， 李鹏， 等. 长江中下游河道采砂对入海泥沙的影响[J]. 上海地质，2007，28（1）：17-20，28.

DAI S B， YANG S L， LI P， et al. The influence of instream sandmining on the sediment discharge of mid- lower Yangtze River[J].Shanghai Geology， 2007，28（1）：17-20，28.

[8] 官学文， 曾明. 2022 年长江流域枯水特征分析与启示[J]. 人民长江，2022，53（12）：1- 5，36.

GUAN X W， ZENG M. Characteristics and enlightenment oflow water in Changjiang river basin in 2022[J]. Yangtze River，2022，53（12）：1-5，36.

[9] 詹道江， 徐向阳， 陈元芳. 工程水文学[M]. 4 版. 北京： 中国水利水电出版社，2010.

ZHAN D J， XU X Y， CHEN Y F. Engineering hydrology[M].Fourth Edition. Beijing： China Water Power Press， 2010.

[10] 乔红杰， 刘大伟， 闻卫东， 等. 2022 年長江口北支咸水倒灌传播特征分析[J]. 人民长江，2023，54（2）：63-69.

QIAO H J， LIU D W， WEN W D， et al. Diffusion characteristicsof saltwater intrusion in north branch of Yangtze River Estuary in2022[J]. Yangtze River， 2023，54（2）：63-69.

[11] 王佰伟， 张存龙， 刘诗剑. 海河流域水资源量演变分析研究[J].上海国土资源，2022，43（3）：15-18.

WANG B W， ZHANG C L， LIU S J. Study on the situation of waterresource quantity change in the Haihe River Basin[J]. ShanghaiLand & Resources， 2022，43（3）：15-18.

[12] 李国平. 黄浦江上游水源地原水系统通水切换方案[J]. 净水技术，2017，36（11）：87-95.

LI G P. Scheme of lauch and switchover of raw water diversionsystem for upstream Huanghpu River water source[J]. WaterPurification Technology， 2017，36（11）：87-95.

[13] 刘伟苹， 陈海峰. 水资源调配水利工程空间分布及规模分异研究[J]. 上海国土资源，2016，37（2）：79-83.

LIU W P， CHEN H F. Spatial distribution and scale differentiationof hydropower engineering for water resources allocation[J].Shanghai Land & Resources， 2016，37（2）：79-83.